DE19931235C2 - Method and device for loading a capacitive actuator - Google Patents

Method and device for loading a capacitive actuator

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines kapazi­ tiven Stellgliedes, insbesondere eines Kraftstoffeinspritz­ ventils einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for loading a kapazi tive actuator, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine. The invention also relates an apparatus for performing this method.

Einer der Vorteile bei der Ansteuerung von Kraftstoffein­ spritzventilen einer Brennkraftmaschine mittels Piezostell­ gliedern statt Solenoiden ist die kurze Schaltzeit der Stell­ glieder, die zu steilen Nadelflanken und geringen Streuungen der eingespritzten Kraftstoffmengen führt. Aus verbrennungs­ technischer Sicht sind möglichst kurze Ladezeiten anzustre­ ben.One of the advantages of controlling fuel injection valves of an internal combustion engine by means of a piezo actuator structure instead of solenoids is the short switching time of the control limbs that form steep needle flanks and low scatter of the injected fuel amounts. From combustion From a technical point of view, loading times should be as short as possible ben.

Zur Erzielung eines sanfteren Verbrennungsverlaufs wird die Kraftstoffmenge in Vor- und Haupteinspritzmenge geteilt, was eine langsamere Verbrennung und damit eine Verbrennungsge­ räusch-Reduzierung ermöglicht. Die Stellglieder werden bisher mit einer konstanten Lade- und Entladezeit (Dauer der Umla­ dung von einer Energiequelle auf das Stellglied oder umge­ kehrt) angesteuert, die sehr kurz sein muß (beispielsweise 100 µs), damit eine vorgegebene Kraftstoff-Voreinspritzmenge auch im obersten Last- oder Drehzahlbereich der Brennkraftma­ schine noch eingespritzt werden kann.To achieve a smoother combustion process, the Fuel quantity divided into pre and main injection quantity, what a slower combustion and thus a combustion area noise reduction enables. The actuators are so far with a constant charging and discharging time (duration of recharge from an energy source to the actuator or vice versa returns) which must be very short (for example 100 µs), so that a predetermined fuel pre-injection quantity also in the highest load or speed range of the internal combustion engine can still be injected.

Der Ladeprozeß erfolgt beispielsweise als Umschwingvorgang der Ladung von einer Ladungsquelle (einer Reihenschaltung ei­ nes Lade- und eines Umladekondensators) über eine Umladespule zum Stellglied, wobei die Induktivität der Umladespule zusam­ men mit den Kapazitäten der Umladekondensatoren und des Stellgliedes die Zeitkonstante für den Lade- und Entladevor­ gang (die Lade- und Entladezeit) bestimmt. Eine derartige Vorrichtung ist aus der dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 3 und 4 zugrundeliegenden DE 196 52 801 bekannt. The loading process takes place, for example, as a reversing process the charge from a charge source (a series connection ei nes charging and a charge capacitor) via a charge coil to the actuator, the inductance of the charge coil together men with the capacities of the transfer capacitors and the Actuator the time constant for charging and discharging gear (the charging and discharging time). Such Device is known from DE 196 52 801 on which the preamble of claims 1, 3 and 4 is based.  

Aus DE 195 29 667 C2 ist eine Anordnung zur Ansteuerung zwei­ er piezoelektrischer Aktoren bekannt, bei welcher die Fre­ quenz der Schwingkreise, in denen die piezoelektrischen Akto­ ren angeordnet sind, zur Kompensation von Temperatur- und Al­ terungseffekten veränderbar sind.From DE 195 29 667 C2 an arrangement for controlling two he known piezoelectric actuators, in which the Fre frequency of the resonant circuits in which the piezoelectric actuator ren are arranged to compensate for temperature and Al effects are changeable.

In DE 197 14 607 A1 wird ein Verfahren zum stufenweisen Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements beschrieben, wobei der Umladevorgang zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Ladebeginn von einem Ladepfad mit einem Widerstand und einem Kondensator auf einen Ladepfad mit einer Spule und einem wei­ teren Kondensator umgeschaltet wird. Der Entladevorgang er­ folgt in umgekehrter Reihenfolge.DE 197 14 607 A1 describes a method for gradual charging and discharging a piezoelectric element, whereby the reloading process occurs at a certain time Charging starts from one charging path with one resistor and one Capacitor on a charging path with a coil and a white tere capacitor is switched. The unloading process follows in reverse order.

Die kurzen Ladezeiten führen jedoch zu hohen Geräuschemissio­ nen in für menschliche Ohren unangenehmen Frequenzbereichen. Dies wird beispielsweise in einem Kraftfahrzeug dann als sehr störend empfunden, wenn im Leerlauf der Brennkraftmaschine die Verbrennungsgeräusche niedrig sind.However, the short charging times lead to high noise emissions in frequency ranges that are unpleasant for human ears. In a motor vehicle, for example, this is then considered very much felt disruptive when the engine is idling the combustion noise is low.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ansteuern ei­ nes kapazitiven Stellgliedes eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine anzugeben, welches eine deutliche Verminderung der Stellglied-Geräuschemissionen ermöglicht. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens zu schaffen.It is an object of the invention to egg a method for driving capacitive actuator of a fuel injector specify an internal combustion engine, which is a clear Allows reduction of actuator noise emissions. It is also an object of the invention, a device for through creating this process.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Mit einer Vorrichtung gemäß An­ spruch 3 oder 4 werden die Lade- und Entladezeiten eines Stellgliedes, insbesondere im Niedriglast- und Leerlaufbe­ reich der Brennkraftmaschine, durch verschiedene Maßnahmen während des Ladevorgangs variiert, beispielsweise in einem Bereich zwischen 100 µs und 200 µs.This object is achieved by the in claim 1 mentioned features solved. With a device according to An saying 3 or 4 will be the loading and unloading times Actuator, especially in low-load and idling rich in the internal combustion engine, through various measures varies during the charging process, for example in one Range between 100 µs and 200 µs.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß die Gesamt­ kapazität der Umladekondensatoren, über welche das Stellglied geladen wird, hier also die Kapazität wenigstens zweier pa­ rallelgeschalteter Umladekondensatoren C2a, C2b, die bei­ spielsweise eine maximale Ladezeit von 200 µs ermöglichen, zu einem bestimmten Zeitpunkt während eines Ladevorgangs durch Abschalten wenigstens eines dieser parallelen Umladekondensa­ toren verringert wird, wodurch die Ladezeit verkürzt wird.The inventive method is that the total capacitance of the recharging capacitors, via which the actuator is charged, so here the capacity of at least two pa parallel-connected charge capacitors C2a, C2b, which at allow, for example, a maximum charging time of 200 µs a certain time during a charging process Switch off at least one of these parallel recharging capacitors gates is reduced, which shortens the loading time.

Für die Wahl optimaler Ladezeiten gilt: die Dauer der Lade­ zeit begrenzt die minimale Kraftstoff-Einspritzdauer. Dies ist insbesondere bei hohen Einspritzdrücken kritisch, weil die eingespritzte Kraftstoffmenge bei gleicher Einspritzdauer mit dem zur Last proportionalen Kraftstoffdruck ansteigt. Zur Erzielung einer bestimmten Einspritzmenge, insbesondere einer geringen Voreinspritzmenge, sind daher mit wachsendem Kraft­ stoffdruck immer kürzere Einspritzdauern erforderlich.For the choice of optimal charging times, the duration of the charging applies time limits the minimum fuel injection duration. This is particularly critical at high injection pressures because the amount of fuel injected with the same injection duration increases with the fuel pressure proportional to the load. For Achieving a certain injection quantity, especially one  small pre-injection quantity, are therefore with increasing force shorter and shorter injection times required.

Bei einer Haupteinspritzung sind die Einspritzmengen hingegen last- bzw. druckabhängig. Bei geringer Last werden kleine Einspritzmengen benötigt, bei großer Last aber große Ein­ spritzmengen bei großem Kraftstoffdruck. Diese Korrelation zwischen Kraftstoffmenge und Kraftstoffdruck ermöglicht die Verwendung längerer Ladezeiten für die Haupteinspritzung auch im Hochlastbereich.With a main injection, however, the injection quantities are depending on load or pressure. When the load is low, they become small Injection quantities required, but with large loads, a large injection injection quantities at high fuel pressure. This correlation between fuel quantity and fuel pressure enables the Using longer loading times for the main injection too in the high load range.

Unterschiedliche Ladezeiten eines kapazitiven Stellgliedes haben innerhalb gewisser Grenzen, beispielsweise zwischen 100 µs und 200 µs, bis auf Totzeiteffekte (Verzögerungen von Einspritzbeginn und -ende), die durch zeitliche Verschiebung der Ansteuersignale kompensiert werden können, keinen Einfluß auf den für einen Verbrennungsprozeß relevanten Einspritzver­ lauf.Different loading times of a capacitive actuator have within certain limits, for example between 100 µs and 200 µs, except for dead time effects (delays of Injection start and end) caused by a time shift the control signals can be compensated, no influence to the injection process relevant for a combustion process run.

Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im folgenden unter Bezug­ nahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen:Embodiments of a device for performing the The method according to the invention are below with reference take explained in more detail on the schematic drawing. It shows gene:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung einer bekannten Vorrichtung, Fig. 1 shows a basic circuit of a known device,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, Fig. 2 shows a first embodiment of the invention,

Fig. 3 ein Diagramm der Lade- und Entladezeiten des Aus­ führungsbeispiels nach Fig. 2, Fig. 3 is a diagram of the charge and discharge of the off guidance example according to Fig. 2,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, und Fig. 4 shows a second embodiment according to the invention, and

Fig. 5 ein Diagramm der Lade- und Entladezeiten des Aus­ führungsbeispiels nach Fig. 4. Fig. 5 is a diagram of the charge and discharge of the off guidance example according to Fig. 4.

Die prinzipielle Schaltung einer bekannten Vorrichtung zum Laden und Entladen eines kapazitiven Stellgliedes P nach Fig. 1 besteht aus einer beidseitig mit Massebezugspotential verbundenen Reihenschaltung einer von einer Energiequelle V ladbaren Ladungsquelle, hier eines Ladekondensators C1, eines Ladeschalters T1, einer Sperrdiode D1, eines Umladekondensa­ tors C2, einer Umladespule L und eines oder mehrerer paral­ lelgeschalteter Stellglieder P, P', wobei mit jedem Stell­ glied P, P' ein Auswahlschalter S, S' in Reihe geschaltet ist. Der zum Ladeschalter T1 führende Anschluß des Umladekondensa­ tors C2 ist über einen mit einer weiteren Sperrdiode D2 in Reihe liegenden Entladeschalter T2 mit Massebezugspotential verbindbar. Die beiden Schalter T1 und T2 werden von einer Steuerschaltung ST gesteuert. Die Kapazität des Ladekondensa­ tors C1 ist wesentlich größer als die des Umladekondensators C2: C1 << C2.The basic circuit of a known device for charging and discharging a capacitive actuator P according to FIG. 1 consists of a series circuit connected on both sides to ground reference potential of a charge source that can be charged by an energy source V, here a charge capacitor C1, a charge switch T1, a blocking diode D1, a charge-transfer capacitor C2, a recharge coil L and one or more parallel actuators P, P ', with each actuator P, P' a selection switch S, S 'is connected in series. The lead to the charge switch T1 of the recharging capacitor C2 can be connected to a ground reference potential via a discharge switch T2 lying in series with a further blocking diode D2. The two switches T1 and T2 are controlled by a control circuit ST. The capacitance of the charging capacitor C1 is much larger than that of the charge capacitor C2: C1 << C2.

Wenn von Lade-, Entlade- oder Auswahlschaltern gesprochen wird, so sind darunter vorzugsweise Schalter zu verstehen, die leitend oder nichtleitend geschaltet werden, beispiels­ weise Thyristoren, oder MOSFET's (mit einer Diode in Reihen­ schaltung), die von selbst wieder nichtleitend werden, wenn der durch sie fließende Strom zu Null wird.If spoken of charge, discharge or selection switches is preferably to be understood as switches, which are switched on or off, for example wise thyristors, or MOSFETs (with a diode in series circuit) that automatically become non-conductive again if the current flowing through them becomes zero.

Das Laden eines Stellgliedes P erfolgt durch Schließen (lei­ tendschalten) des Ladeschalters T1. Dabei schwingt die Ladung mit einem Strom I in Form einer halben Sinusschwingung von der Ladungsquelle (dem Ladekondensator C1) über den Umlade­ kondensator C2 und die Umladespule L zum Stellglied P. In dieser Zeit, der Ladezeit, steigt die Stellgliedspannung U auf einen bestimmten Wert, und das Stellglied P öffnet das Kraftstoffeinspritzventil.An actuator P is loaded by closing (lei switch) of the charging switch T1. The load swings with a current I in the form of a half sine wave from the charge source (the charging capacitor C1) via the reload capacitor C2 and the transfer coil L to the actuator P. In this time, the charging time, the actuator voltage U rises to a certain value, and the actuator P opens it Fuel injector.

Wenn der Strom I zu Null wird, wird der Ladeschalter T1 wie­ der geöffnet (nichtleitend), die Stellgliedspannung U bleibt erhalten, bis der Entladevorgang mit dem Schließen (leitend­ schalten) des Entladeschalters T2 beginnt. Nun schwingt die Ladung vom Stellglied P über die Umladespule L in den Umlade­ kondensator C2; die Stellgliedspannung U geht wieder nach null, der Strom I wird zu Null und das Kraftstoffeinspritz­ ventil wird vom Stellglied P geschlossen. Der Entladeschalter T2 muß vor dem nächsten Ladevorgang wieder geschlossen (nichtleitend) werden. Damit ist ein Einspritzvorgang been­ det. Eine Rückladung in den Ladekondensator C1 wird durch die Sperrdiode D1 verhindert.When the current I becomes zero, the charging switch T1 becomes like the open (non-conductive), the actuator voltage U remains received until the discharge process with closing (conductive switch) of the discharge switch T2 begins. Now it swings Charge from the actuator P via the transfer coil L in the transfer capacitor C2; the actuator voltage U drops again zero, the current I becomes zero and the fuel injection valve is closed by actuator P. The discharge switch  T2 must be closed again before the next charging process (non-conductive). An injection process is now complete det. Reloading into the charging capacitor C1 is carried out by the Blocking diode D1 prevented.

Fig. 2 zeigt die Schaltung eines ersten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, welche sich von der bekannten Schaltung nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß parallel zur Reihen­ schaltung aus Ladeschalter T1a, Sperrdiode D1a und Umladekon­ densator C2a eine gleichartige Reihenschaltung aus einem wei­ teren Ladeschalter T1b, einer weiteren Sperrdiode D1b und ei­ nes weiteren Umladekondensators C1b geschaltet ist, und daß die den Ladeschaltern T1a und T1b zugewandten Anschlüsse der beiden Umladekondensatoren C2a und C2b durch eine vom Umlade­ kondensator C2b zum Umladekondensator C2a leitende Diode D2b miteinander verbunden sind. Weitere derartige parallelge­ schaltete Reihenschaltungen können vorgesehen werden, was durch punktierte Pfeile angedeutet ist. Fig. 2 shows the circuit of a first embodiment according to the invention, which differs from the known circuit of FIG. 1 in that parallel to the series circuit of charging switch T1a, blocking diode D1a and Umladekon capacitor C2a a similar series circuit from a white direct charging switch T1b , a further blocking diode D1b and a further recharging capacitor C1b is connected, and that the terminals of the two recharging capacitors C2a and C2b facing the charging switches T1a and T1b are connected to one another by a diode D2b conducting from the recharging capacitor C2b to the recharging capacitor C2a. Further such parallel-connected series connections can be provided, which is indicated by dotted arrows.

Die Arbeitsweise dieser Schaltung wird nachstehend anhand des in Fig. 3 dargestellten Diagramms des Stromverlaufs I im Stellglied P und der Schaltstellungen der Ladeschalter T1a und T1b sowie des Entladeschalters T2 erklärt.The operation of this circuit is explained below with reference to the diagram of the current profile I in the actuator P and the switch positions of the charge switches T1a and T1b and the discharge switch T2 shown in FIG. 3.

Die beiden Umladekondensatoren C2a und C2b sind so dimensio­ niert, daß die Ladung des Stellgliedes P (oder P') aus einer Parallelschaltung beider Kondensatoren C2a und C2b mit einer gewünschten, maximalen Ladezeit von beispielsweise 200 µs er­ folgt.The two charge capacitors C2a and C2b are so dimensio niert that the charge of the actuator P (or P ') from a Parallel connection of both capacitors C2a and C2b with one desired, maximum charging time of, for example, 200 µs follows.

Dazu werden zum Zeitpunkt t0 (Fig. 3) beide Ladeschalter T1a und T1b gleichzeitig leitend gesteuert, wodurch das Stell­ glied P aus den Kondensatoren C1, C2a und C2b über die Umla­ despule L geladen wird und ein sinusförmiger Strom I durch das Stellglied P, welches durch den Auswahlschalter S ausge­ wählt wurde, zu fließen beginnt. Die Spannung an beiden Umladekondensatoren C2a und C2b sinkt gleichmäßig. Bleiben beide Ladeschalter T1a und T1b (gestrichelt dargestellt) leitend, bis der Strom I (gestrichelte Kurve) im Zeitpunkt t3 zu Null wird, so beträgt die Ladezeit t3-t0 = 200 µs.For this purpose, at the time t0 ( Fig. 3) both charge switches T1a and T1b are simultaneously turned on, whereby the actuator P from the capacitors C1, C2a and C2b is charged via the Umla despule L and a sinusoidal current I through the actuator P, which was selected by the selector switch S begins to flow. The voltage across both charge capacitors C2a and C2b drops evenly. If both charging switches T1a and T1b (shown in dashed lines) remain conductive until the current I (dashed curve) becomes zero at time t3, the charging time is t3-t0 = 200 μs.

Erfindungsgemäß wird nun zur Erzielung einer kürzeren Lade­ zeit beispielsweise der Ladeschalter T1a vorzeitig im Zeit­ punkt t1 geöffnet, d. h., nichtleitend gesteuert. Dadurch er­ folgt der Stromfluß nur noch aus der Reihenschaltung der bei­ den Kondensatoren C1 und C2b, wodurch der Strom I (ausgezoge­ ne Kurve) bereits im Zeitpunkt t2 zu Null wird, zu welchem Zeitpunkt auch der zweite Ladeschalter wieder nichtleitend wird. Durch diese Maßnahme hat die Ladezeit nur noch die Dau­ er t2-t0. Das Ende der im Zeitpunkt t0 beginnenden Ladezeit kann auf diese Weise zwischen < t1 und t3 variieren, wodurch Ladezeiten von < 100 µs bis zum gewählten Maximum, hier 200 µs, gewählt werden können. Am Ende des Ladevorgangs (t2) liegt am ersten Umladekondensator C2a, der nicht ganz entladen wurde, noch eine Spannung von beispielsweise +80 V, während die Span­ nung am zweiten Umladekondensator C2b beispielsweise -50 V be­ tragen kann.According to the invention is now to achieve a shorter drawer time, for example, the charging switch T1a ahead of time point t1 open, d. i.e., non-conducting controlled. Thereby he the current flow only follows from the series connection of the the capacitors C1 and C2b, whereby the current I (pulled out ne curve) becomes zero at time t2, at which time At the time, the second charging switch is again non-conductive becomes. As a result of this measure, the charging time only has the duration he t2-t0. The end of the loading time beginning at time t0 can vary between <t1 and t3 in this way, whereby Charging times from <100 µs to the selected maximum, here 200 µs, can be chosen. At the end of the charging process (t2) lies on first charge capacitor C2a, which was not completely discharged, still a voltage of for example +80 V, while the Span voltage on the second charge capacitor C2b, for example -50 V be can carry.

Beim Entladen des Stellgliedes P, beispielsweise im Zeitpunkt t4 beginnend, beide Ladeschalter T2a und T2b sind bereits nichtleitend, wird Entladeschalter T2 leitend gesteuert. Da­ durch wird das Stellglied P über die Umladespule L in beide nun mittels der Dioden D2a und D2b parallelgeschalteten Umla­ dekondensatoren C2a und C2b entladen, wobei zuerst der zweite Umladekondensator C2b solange geladen wird, bis er die Span­ nung (+80 V) des ersten Umladekondensators C2a erreicht; an­ schließend werden beide Umladekondensatoren gleichmäßig wei­ tergeladen, bis das Stellglied P entladen ist. Auf diese Wei­ se entspricht jede Entladezeit der jeweils vorangegangenen Ladezeit. Die Entladezeit endet bei dem gewählten Beispiel (Ladezeit t0 bis t2) also bereits im Zeitpunkt t5 (ausgezoge­ ne Kurve) statt im Zeitpunkt t6 (gestrichelte Kurve). When the actuator P is unloaded, for example at the time Starting t4, both charging switches T2a and T2b are already non-conductive, discharge switch T2 is controlled conductive. There by the actuator P via the transfer coil L in both now Umla connected in parallel by means of the diodes D2a and D2b Discharge capacitors C2a and C2b, the first being the second Charging capacitor C2b until it charges the span voltage (+80 V) of the first charge capacitor C2a reached; on in the end both charge capacitors become evenly white charged until the actuator P is discharged. In this way Each discharge time corresponds to the previous one Loading time. The discharge time ends with the selected example (Charging time t0 to t2) thus already at time t5 (pulled out ne curve) instead of at time t6 (dashed curve).  

Der jeweilige Auswahlschalter, S oder S', muß mindestens vom Beginn (t0) der Ladezeit bis zum Ende der Entladezeit (t5 oder t6) leitend sein.The respective selector switch, S or S ', must be at least from Start (t0) of the charging time until the end of the discharge time (t5 or t6) be conductive.

Fig. 4 zeigt die Schaltung eines zweiten Ausführungsbei­ spiels nach der Erfindung, welche sich von der bekannten Schaltung nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß mit der zweiten Sperrdiode D2 eine dritte Sperrdiode D3 mit gleicher Stromdurchlaßrichtung in Reihe geschaltet ist, daß vom Ver­ bindungspunkt von Umladekondensator C2a und Umladespule L ei­ ne Reihenschaltung aus einem zweiten Umladekondensator C2b, einem weiteren Ladeschalter T3 und einer vierten Sperrdiode D4 mit Bezugspotential verbunden ist, wobei die Anode der vierten Sperrdiode D4 in Richtung vom Bezugspotential zum zweiten Umladekondensator C2b hin stromleitend ist, und daß die Kathode der vierten Sperrdiode D4 mit dem Verbindungs­ punkt von zweiter und dritter Sperrdiode D2, D3 verbunden ist. Auch hier gilt C1 << C2a, C2b. Fig. 4 shows the circuit of a second game Ausführungsbei according to the invention, which differs from the known circuit of FIG. 1 in that with the second blocking diode D2, a third blocking diode D3 is connected in series with the same current conduction direction that from the connection point Ver Charge capacitor C2a and charge coil L ei ne series connection of a second charge capacitor C2b, a further charge switch T3 and a fourth blocking diode D4 is connected to reference potential, the anode of the fourth blocking diode D4 being conductive in the direction from the reference potential to the second charge capacitor C2b, and that Cathode of the fourth blocking diode D4 is connected to the connection point of the second and third blocking diodes D2, D3. C1 << C2a, C2b also applies here.

Die beiden Umladekondensatoren C2a und C2b sind auch in die­ sem Ausführungsbeispiel so dimensioniert, daß die Ladung des Stellgliedes P (oder P') aus einer Parallelschaltung beider Kondensatoren C2a und C2b mit einer gewünschten, maximalen Ladezeit von beispielsweise 200 µs erfolgt.The two charge capacitors C2a and C2b are also in the Sem embodiment dimensioned so that the charge of Actuator P (or P ') from a parallel connection of both Capacitors C2a and C2b with a desired maximum Charging time of, for example, 200 µs takes place.

Dazu werden zum Zeitpunkt t0 (Fig. 5) beide Ladeschalter T1 und T3 gleichzeitig leitend gesteuert, wodurch das Stellglied P aus den Kondensatoren C1, C2a und C2b über die Umladespule L geladen wird und ein sinusförmiger Strom I durch das Stell­ glied P, welches durch den Auswahlschalter S ausgewählt wur­ de, zu fließen beginnt.For this purpose, at the time t0 ( FIG. 5), both charging switches T1 and T3 are simultaneously turned on, whereby the actuator P is charged from the capacitors C1, C2a and C2b via the recharging coil L and a sinusoidal current I through the actuator P, which by selector switch S was selected, begins to flow.

Die Spannung an beiden Umladekondensatoren C2a und C2b sinkt gleichmäßig. Bleiben beide Ladeschalter T1 und T3 leitend, bis der Strom I (gestrichelte Kurve) im Zeitpunkt t3 zu Null wird, so beträgt die Ladezeit t3-t0 = 200 µs. The voltage across both charge capacitors C2a and C2b drops evenly. If both charging switches T1 and T3 remain conductive, until the current I (dashed curve) is zero at time t3 the charging time is t3-t0 = 200 µs.  

Zur Erzielung einer kürzeren Ladezeit wird der Ladeschalter T1 vorzeitig im Zeitpunkt t1 geöffnet, d. h., nichtleitend ge­ steuert. Dadurch erfolgt der Stromfluß nur noch vom Umlade­ kondensator C2b über die Umladespule L zum Stellglied P, und von diesem über den Auswahlschalter, die Sperrdiode D4 und den weiteren Ladeschalter T3 zurück in den Umladekondensator C2b, gleichsam als "Freilaufstrom" zur Entladung von C2b und L, bis dieser Strom im Zeitpunkt t2 zu Null wird (ausgezogene Kurve von t1 bis t2 in Fig. 5). Solange muß der weitere La­ deschalter T3 unbedingt leitend sein.In order to achieve a shorter charging time, the charging switch T1 is opened prematurely at the time t1, ie it is controlled in a non-conducting manner. As a result, the current flows only from the recharging capacitor C2b via the recharging coil L to the actuator P, and from this via the selection switch, the blocking diode D4 and the further charging switch T3 back into the recharging capacitor C2b, as it were as "freewheeling current" for discharging C2b and L. until this current becomes zero at time t2 (solid curve from t1 to t2 in FIG. 5). As long as the other La deschalter T3 must be conductive.

Dadurch hat die Ladezeit auch in diesem Ausführungsbeispiel nur noch die Dauer t2-t0. Das Ende der im Zeitpunkt t0 be­ ginnenden Ladezeit kann auf diese Weise zwischen < t1 und t3 variieren, wodurch Ladezeiten von < 100 µs bis zum gewählten Maximum, hier 200 µs, gewählt werden können.As a result, the charging time also has in this exemplary embodiment only the duration t2-t0. The end of the be at time t0 Starting charging time can be between <t1 and t3 vary, whereby loading times of <100 µs to the selected one Maximum, here 200 µs, can be selected.

Am Ende des Ladevorgangs (t2) liegt, wie beim ersten Ausfüh­ rungsbeispiel, am ersten Umladekondensator C2a, der nicht ganz entladen wurde, noch eine Spannung von beispielsweise +80 V, während die Spannung am zweiten Umladekondensator C2b beispielsweise -50 V betragen kann.At the end of the loading process (t2) lies, as with the first execution Example, on the first charge capacitor C2a, which is not was completely discharged, a voltage of, for example +80 V, while the voltage at the second charge capacitor C2b can be, for example, -50 V.

Beim Entladen des Stellgliedes P, im Zeitpunkt t4 beginnend (Ladeschalter T1 ist nichtleitend), wird Entladeschalter T2 leitend gesteuert. Ist der weitere Ladeschalter T3 zu diesem Zeitpunkt noch leitend, so wird, wie beim ersten Ausführungs­ beispiel bereits beschrieben, das Stellglied P über die Umla­ despule L in beide nun mittels der Diode D2 parallelgeschal­ teten Umladekondensatoren C2a und C2b entladen, wobei zuerst der zweite Umladekondensator C2b solange geladen wird, bis er die Spannung (+80 V) des ersten Umladekondensators C2a er­ reicht; anschließend werden beide Umladekondensatoren gleich­ mäßig weitergeladen, bis das Stellglied P entladen ist. Auf diese Weise entspricht wieder jede Entladezeit der jeweils vorangegangenen Ladezeit. Die Entladezeit endet bei dem gewählten Beispiel (Ladezeit t0 bis t2) also bereits im Zeit­ punkt t5 (ausgezogene Kurve) statt im Zeitpunkt t6 (gestri­ chelte Kurve).When the actuator P is discharged, starting at time t4 (Charge switch T1 is not conductive), becomes discharge switch T2 controlled under management. Is the additional charging switch T3 to this The point in time is still the same as in the first execution Example already described, the actuator P on the Umla despule L in both now by means of the diode D2 in parallel discharged discharge capacitors C2a and C2b, being the first the second charge capacitor C2b is charged until it the voltage (+80 V) of the first charge capacitor C2a er enough; then both charge capacitors become the same moderately charged until the actuator P is discharged. On this way, each discharge time corresponds to the respective previous loading time. The discharge time ends at the selected one  Example (charging time t0 to t2) is therefore already in time point t5 (solid curve) instead of at time t6 (dashed smiled curve).

Beim Entladen des Stellgliedes P, im Zeitpunkt t4 (Fig. 5) beginnend, wobei Ladeschalter T1 nichtleitend ist, wird Ent­ ladeschalter T2 leitend gesteuert. Dabei ist Ladeschalter T3 entweder noch aktiv leitend, oder, falls er als MOSFET ausge­ führt ist, durch die obligatorische Inversdiode in Richtung zum Entladeschalter T2 stromleitend (in Fig. 5 gestrichelt dargestellt).When the actuator P is discharged, starting at time t4 ( FIG. 5), with charging switch T1 being non-conductive, charging switch T2 is controlled to be conductive. Charging switch T3 is either still actively conducting, or, if it is designed as a MOSFET, is electrically conducting through the obligatory inverse diode in the direction of the discharging switch T2 (shown in dashed lines in FIG. 5).

Dadurch wird das Stellglied P über die Umladespule L in beide parallelgeschalteten Umladekondensatoren C2a und C2b entla­ den, wobei wieder zuerst der zweite Umladekondensator C2b so­ lange geladen wird, bis er die Spannung (+80 V) des ersten Um­ ladekondensators C2a erreicht; anschließend werden beide Um­ ladekondensatoren gleichmäßig weitergeladen, bis das Stell­ glied P entladen ist. Auf diese Weise entspricht jede Entla­ dezeit der jeweils vorangegangenen Ladezeit. Die Entladezeit endet bei dem gewählten Beispiel (Ladezeit t0 bis t2) also bereits im Zeitpunkt t5 (ausgezogene Kurve) statt (Ladezeit t0 bis t3) im Zeitpunkt t6 (gestrichelte Kurve).As a result, the actuator P via the transfer coil L in both discharge capacitors C2a and C2b connected in parallel the, again the second charge capacitor C2b so is charged until it reaches the voltage (+80 V) of the first order charging capacitor C2a reached; then both order charge capacitors evenly until the Stell member P is discharged. In this way, each discharge corresponds time of the previous loading time. The discharge time ends with the selected example (charging time t0 to t2) already at time t5 (solid curve) instead of (loading time t0 to t3) at time t6 (dashed curve).

Der jeweilige Auswahlschalter, S oder S', muß mindestens vom Beginn (t0) der Ladezeit bis zum Ende der Entladezeit (t5 oder t6) leitend sein.The respective selector switch, S or S ', must be at least from Start (t0) of the charging time until the end of the discharge time (t5 or t6) be conductive.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel mit verkürzter Lade­ zeit (Ladeschalter T1 wird vor dem weiteren Ladeschalter T3 nichtleitend) kann die Kraftstoffeinspritzmenge dadurch mini­ miert werden, daß der weitere Ladeschalter T3 und der Entla­ deschalter T2 invers betrieben werden - T3 leitet, wenn T2 nichtleitend ist, und umgekehrt - wodurch die Entladezeit un­ mittelbar auf die Ladezeit folgt.In this second embodiment with a shortened drawer time (charging switch T1 is in front of the further charging switch T3 non-conductive), the fuel injection quantity can be mini be miert that the further charging switch T3 and Entla deschalter T2 be operated inversely - T3 conducts when T2 is non-conductive, and vice versa - whereby the discharge time un indirectly follows the charging time.

Im Falle, daß T1 und T3 synchron zum Zeitpunkt t0 leitend und zum Zeitpunkt t3 nichtleitend gesteuert werden, ist ein Inversbetrieb von T2 und T3 zu vermeiden. Wenn nämlich gleich­ zeitig T1 und T3 nichtleitend werden und T2 leitend wird, sind durch kurzzeitige Überschneidungen T1 und T2 leitend und damit der Ladekondensator C1 und die Energiequelle V kurzge­ schlossen.In the event that T1 and T3 are conducting and synchronous at time t0 Controlled non-conducting at time t3 is an inverse operation  to avoid of T2 and T3. Because if the same T1 and T3 become non-conductive at an early stage and T2 becomes conductive, are conductive due to brief overlaps T1 and T2 so that the charging capacitor C1 and the energy source V short closed.

Claims (8)

1. Verfahren zum Laden eines kapazitiven Stellgliedes (P, P'), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine, von einer Ladungsquelle (C1) über eine Reihenschaltung eines Umladekondensators (C2a, C2b) und einer Umladespule (L), und zum Entladen des Stellgliedes (P, P') in den Umladekondensator (C2a, C2b) mit viel kleinerer Kapazität als die Ladungsquelle (C1), dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Umladekondensator (C2a, C2b) eine für eine vorgege­ bene maximale Ladezeit (t3-t0) bemessene maximale Kapazität aufweist, und
  • - daß zur Erzielung einer kürzeren Ladezeit (t2-t0) die Ka­ pazität des Umladekondensators (C2) zu einem bestimmten Zeit­ punkt (t1) nach Beginn (t0) des Ladevorgangs auf einen vorge­ gebenen Wert verringert wird.
1. Method for charging a capacitive actuator (P, P '), in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine, from a charge source (C1) via a series connection of a charge-reversal capacitor (C2a, C2b) and a charge-reversal coil (L), and for discharging the actuator ( P, P ') in the charge-reversal capacitor (C2a, C2b) with a much smaller capacitance than the charge source (C1), characterized in that
  • - That the recharging capacitor (C2a, C2b) has a maximum capacitance for a predetermined maximum charging time (t3-t0), and
  • - That to achieve a shorter charging time (t2-t0) the Ka capacitance of the recharging capacitor (C2) at a certain point in time (t1) after the start (t0) of the charging process is reduced to a predetermined value.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die maximale Kapazität des Umladekondensators durch ei­ ne Parallelschaltung wenigstens zweier Umladekondensatoren (C2a, C2b) erreicht wird, und
  • - daß wenigstens einer (C2a) dieser Umladekondensatoren (C2a, C2b) zu dem bestimmten Zeitpunkt (t1) nach Beginn (t0) des Ladevorgangs von der Ladungsquelle (C1) getrennt wird.
2. The method according to claim 1, characterized in that
  • - That the maximum capacitance of the recharging capacitor is achieved by ei ne parallel connection of at least two recharging capacitors (C2a, C2b), and
  • - That at least one (C2a) of these charge capacitors (C2a, C2b) is separated from the charge source (C1) at the specific time (t1) after the start (t0) of the charging process.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer zwischen einer von einer Energiequelle (V) ladbaren Ladungsquelle (C1) und dem Stellglied (P, P') angeordneten Reihenschaltung eines Ladeschalters (T1a), einer Sperrdiode (D1a), eines Umladekondensators (C2a) und einer Umladespule (L), und mit einem Entladeschalter (T2), der den Verbindungspunkt von Sperrdiode (D1a) und Umladekondensator (C2a) mit einem Bezugspotential verbindet, wobei sämtliche Schalter von einer Steuerschaltung (ST) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß parallel zur Reihenschaltung aus Ladeschalter (T1a), Sperrdiode (D1a) und Umladekondensator (C2a) wenigstens eine weitere Reihenschaltung aus je einem weiteren Ladeschalter (T1b), einer Sperrdiode (D1b) und einem weiteren Umladekon­ densator (C2b) angeordnet ist, und
  • - daß zwischen jedem einem Ladeschalter (T1a, T1b) zugewand­ ten Anschluß eines Umladekondensators (C2a, C2b) und dem Ent­ ladeschalter (T2) eine in Richtung zum Entladeschalter (T2) hin stromleitende Diode (D2a, D2b) angeordnet ist.
3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, with a charge switch (T1a), a blocking diode (D1a) arranged in series between a charge source (C1) chargeable by an energy source (V) and the actuator (P, P ') , a recharging capacitor (C2a) and a recharging coil (L), and with a discharge switch (T2), which connects the connection point of the blocking diode (D1a) and the recharging capacitor (C2a) to a reference potential, all switches being controlled by a control circuit (ST) , characterized,
  • - That parallel to the series circuit of charge switch (T1a), blocking diode (D1a) and charge capacitor (C2a) is arranged at least one further series circuit each comprising a further charge switch (T1b), a blocking diode (D1b) and a further charge capacitor (C2b), and
  • - That between each of a charge switch (T1a, T1b) facing th connection of a recharging capacitor (C2a, C2b) and the discharge switch (T2) a current-conducting diode (D2a, D2b) is arranged in the direction of the discharge switch (T2).
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer zwischen einer von einer Energiequelle (V) ladbaren Ladungsquelle (C1) und dem Stellglied (P, P') angeordneten Reihenschaltung eines ersten Ladeschalters (T1), einer ersten, vom Ladeschalter (T1) weg stromleitenden ersten Sperrdiode (D1), eines ersten Umladekondensators (C2a) und einer Umladespule (L), und mit einem Entladeschalter (T2), der den Verbindungspunkt der ersten Sperrdiode (D1) und des ersten Umladekondensators (C2a) über eine zu einem Bezugspo­ tential hin stromleitende zweite Sperrdiode (D2) mit dem Be­ zugspotential verbindet, wobei sämtliche Schalter von einer Steuerschaltung (ST) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß mit der zweiten Sperrdiode D2 eine dritte Sperrdiode (D3) mit gleicher Stromdurchlaßrichtung in Reihe geschaltet ist,
  • - daß vom Verbindungspunkt des ersten Umladekondensators (C2a) und der Umladespule (L) eine Reihenschaltung aus einem zweiten Umladekondensator (C2b), einem weiteren Ladeschalter (T3) und einer vierten Sperrdiode (D4) mit dem Bezugspotenti­ al verbunden ist, wobei die vierte Sperrdiode (D4) in Rich­ tung vom Bezugspotential zum zweiten Umladekondensator (C2b) hin stromleitend ist, und
  • - daß die Katode der vierten Sperrdiode (D4) mit dem Verbin­ dungspunkt von zweiter und dritter Sperrdiode (D2, D3) ver­ bunden ist.
4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or 2, with a between a from an energy source (V) chargeable charge source (C1) and the actuator (P, P ') arranged in series connection of a first charging switch (T1), a first, from Charge switch (T1) away from the current-conducting first blocking diode (D1), a first recharging capacitor (C2a) and a recharging coil (L), and with a discharging switch (T2), which connects the connection point of the first blocking diode (D1) and the first recharging capacitor (C2a) connects a second blocking diode (D2) which conducts current to a reference potential with the reference potential, all switches being controlled by a control circuit (ST), characterized in that
  • - That with the second blocking diode D2, a third blocking diode (D3) with the same current transmission direction is connected in series,
  • - That from the connection point of the first charge capacitor (C2a) and the charge coil (L) is connected in series from a second charge capacitor (C2b), a further charge switch (T3) and a fourth blocking diode (D4) to the reference potential, the fourth blocking diode (D4) in the direction from the reference potential to the second charge capacitor (C2b) is conductive, and
  • - That the cathode of the fourth blocking diode (D4) with the connec tion point of the second and third blocking diode (D2, D3) is connected.
5. Vorrichtung nach einem der Anspruche 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet,
  • - daß zum Laden des Stellgliedes (P, P') beide Ladeschalter (T1a, T1b; T1, T3) gleichzeitig leitend gesteuert werden, und
  • - daß wenigstens einer der Ladeschalter (T1, T1a) zu dem be­ stimmten Zeitpunkt (t1) nichtleitend gesteuert wird.
5. Device according to one of claims 3 or 4, characterized in
  • - That for charging the actuator (P, P ') both charging switches (T1a, T1b; T1, T3) are simultaneously controlled to be conductive, and
  • - That at least one of the charging switch (T1, T1a) at the certain time (t1) be controlled non-conductive.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei leitendem Entladeschalter (T2) die Entladung des Stell­ gliedes (P, P') einerseits über den ersten Umladekondensator (C2a) und andererseits über den zweiten Umladekondensator (C2b) und den leitenden weiteren Ladeschalter (T3) oder des­ sen Inversdiode erfolgt.6. The device according to claim 4, characterized in that in the case of a conductive discharge switch (T2) member (P, P ') on the one hand via the first charge capacitor (C2a) and on the other hand via the second charge capacitor (C2b) and the conductive further charging switch (T3) or des its inverse diode. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ladeschalter (T3) invers zum Entladeschalter (T2) betrieben wird, also leitend ist, wenn der Entladeschalter (T2) nichtleitend ist, und umgekehrt.7. The device according to claim 4, characterized in that the additional charge switch (T3) inversely to the discharge switch (T2) is operated, that is conductive when the discharge switch (T2) is non-conductive, and vice versa. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ladeschalter (T1, T3, T1a, T1b) und der Entladeschalter (T2) als MOSFET-Schalter ausgebildet sind.8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized ge indicates that the charging switch (T1, T3, T1a, T1b) and the Discharge switches (T2) are designed as MOSFET switches.
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